无极绳牵引车长距离运输对钢丝绳张紧力补偿的设计与应用

表 １ 电机、泵、油缸、蓄能器基本参数
泵站电机
项目 型号
额定转速 （／ ｒ／ｍｉｎ） 最大扭矩 ／Ｎｍ 功率 ／ｋＷ
参数 ＹＢＫ２－１３２Ｍ２－４
１ ４５０ ４９．４ ２．２
备注
齿轮泵
型号 排量 （／ ｍＬ／ｒ）
额定转速 （／ ｒ／ｍｉｎ） 机械效率或液压效率
ＣＢ－６ ６
２ ２００ ０．９８
张紧油缸 蓄能器
程劲松
（江苏煤炭工业协会，江苏 南京 ２１００２４）
［摘 要］ 煤矿辅助运输是指煤矿除煤炭运输以外的人员、材料、设备和矸石等各种运输。无 极绳连续牵引车是一种新型高效辅助运输设备，适合在地质条件复杂多变、巷道条 件差的工作面、采掘巷道中应用。设计解决了长距离状态下钢丝绳变形量有效张紧 问题；确保主机张紧力的恒定，保证了安全运输。
［关键词］ 无极绳连续牵引车；五轮张紧；摩擦力；辅助液压张紧 ［中图分类号］ TD524 ［文献标识码］ B ［文章编号］ 1672-9943(2015)01-0115-02
１ 问题的提出
无极绳连续牵引车在牵引距离长的状态下运 行阻力较大。在设计预紧力时，如果预紧力设计过 大，运行载荷列车在距张紧装置较近地点时，张紧 系统工作在重力极限状态，张紧作用失效，造成牵 引钢丝绳打滑，甚至发生跑车等事故。如果预紧力 设计过小，运行载荷列车在距张紧装置较远地点 时，张紧系统工作在上线极限状态，钢丝绳变形量 传递不到张紧装置，牵引绳松弛，容易造成车辆撞 击、脱轨或翻车，也有可能造成挤压、拉断钢丝绳。 旗山煤矿 ９３３０１ 工作面安装无极绳连续牵引车， 该巷道长度 １ ６００ ｍ，水平 ９０° 弯道 ２ 处，最大牵 引设备质量 １０ ｔ，钢丝绳选用 ６×１９ｓ－φ２６ 型。为 了解决钢丝绳张紧力的恒定问题，张紧装置设计 为两端张紧方式，机头采用重锤 ４ 组 ５ 轮张紧，机 尾采用液压辅助张紧，实现牵引钢丝绳在运行区 段内保持恒定的张紧力。
ΔV＝
１ ４
π（D２－d２）ΔL＝
１ ４
×３．１４×（１．６２－０．８２）×６＝９．０４（Ｌ）
该张紧系统为保压系统，因此，油缸变化时引
起的液体体积变化由蓄能器吸收，由蓄能器计算
公式可计算出蓄能器初始充气压力 P０：
蓄能器气体所占体积为 V０＝５０ Ｌ
初张力状态蓄能器压力 P１＝３．９８ ＭＰａ
初张力状态蓄能器气体体积 V１＝X 最大负载时蓄能器压力 P２＝７．９６ ＭＰａ 最大负载时蓄能器气体体积 V２＝X-ΔV 由 P１V１＝P２V２ 可计算得出：X＝１８．０８ Ｌ
式中：Q 为额定转速，ｒ／ｍｉｎ；P２ 为机械效率；ηt
为液压效率。
根据以上数据计算，所选电机功率满足使用
要求。
３．２．３ 张紧油缸校核
根据张紧油缸的使用经验，一般要求张紧油
缸在最大和最小负载区间变化时，油缸活塞浮动
量约为油缸总行程的 １／３，此次选定油缸行程为
L＝１ ８００ ｍｍ，即要求张紧油缸工作时活塞的活动
牵引钢丝绳与各轮组之间的运行阻力 fg 设 计：
２０１５ 年 ２ 月
116
程劲松 无极绳牵引车长距离运输对钢丝绳张紧力补偿的设计与应用
Ｆｅｂ．， ２０１５
fg＝ρ×２Lμ／１０００ 式中：ρ 为钢丝绳单位质量，取 ２．０７ ｋｇ／ｍ；L 为运输距离，取 １ ６００ ｍ；μ 为牵引钢丝绳与各轮 组之间的运行阻力系数，取 ０．２￣０．４。 代入数据计算可知，fg＝１．９８ ｔ 每组张紧装置配 ３０ 块配重，每块配重 ５０ ｋｇ， 每组张紧装置可以提供张紧力为 １．５ ｔ，系统中设 有 ４ 组张紧装置，可以满足钢丝绳与各轮组之间 的阻力损耗。 ３．２ 机尾张紧系统设计 ３．２．１ 机尾液压张紧装置匹配设计： 初始张紧力为 F１＝６０ ｋＮ，产生最大机尾拉力 F２＝１２０ ｋＮ，所选泵站、油缸参数如表 １ 所示。
２２００１１５５年年第２ ４月０ 卷第 １ 期
能源技术与管理
Ｆｅｂ．，Ｖ２ｏ０ｌ．１４５０ Ｎｏ．１
Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
115
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－９９４３．２０１５．０１．０４５
无极绳牵引车长距离运输对钢丝绳张紧力补偿的设计与应用
１ ４
１２０×１０３
＝
×３．１４×（０．１６２－０．０８２）
７．９６（ＭＰａ）
式中：F１ 为初始张紧力，Ｎ；D 为油缸内径，ｍ；
d 为活塞杆径，ｍ。
电机最大功率消耗 P３：
P３＝
பைடு நூலகம்
Q·P２ ６００ηｔ
＝
６×１ ４５０×０．９６×０．９４ １ ０００
×７９．６
６００×０．９４×０．９６
＝
１．１５（ｋＷ）
［作者简介］
程劲松（１９７０－），男，工程师，毕业于天津工程师范学 院工业电气自动化技术专业，长期从事煤矿机电专业安全 管理工作。
［收稿日期：2014-04-11］
缩变形补偿，又可以满足远距离的钢丝绳伸缩变 形补偿。分段补偿张紧系统如图 １ 所示。
图 １ 钢丝绳分段补偿张紧系统示意图
机尾设置液压张紧装置。在机尾附近的钢丝 绳存在预紧力不足、余绳多情况，在牵引列车回程 斜巷下坡运输时，容易造成车辆窜动、撞击甚至脱 轨。液压张紧装置作为辅助张紧，不如 ５ 轮重锤张 紧反应快，但可以迅速吸收余绳，使得尾轮处牵引 副绳不松弛，增加预紧力，确保回程车辆下运时尾 车后钢丝绳无余绳，安全运行。
３ 张紧装置设计布置
为使牵引钢丝绳具有足够的张力，保证牵引 钢丝绳和传动滚筒之间产生摩擦牵引力，防止牵 引钢丝绳与传动滚筒之间产生打滑。张紧装置的 设计根据无极绳牵引过程的张力变化规律，可采 用相遇点的单向张紧、双向张紧或尾绳轮张紧等 方式。牵引绞车设置在坡道外侧，进行双向牵引运 输。 ３．１ 机头张紧系统设计
行程 ／ｍｍ 油缸内径 ／ｍｍ 活塞杆径 ／ｍｍ 实验压力 ／ＭＰａ
体积 ／Ｌ
１ ８００ １６０ ８０ ２０
５０
３．２．２ 泵站校核设计
系统工作压力 P１、P２：
P１＝
１ ４
F１
＝
π（D２－d２）
１ ４
６０×１０３
＝
×３．１４×（０．１６２－０．０８２）
３．０９８（ＭＰａ）
P２＝
１ ４
F２
＝
π（D２－d２）
２ 张紧装置的结构组成
重锤装置，作用是吸收钢丝绳系统由于弹性 变形而伸长的部分，同时为绞车提供张紧力，保证 钢丝绳在卷绳筒绳衬上有较稳定的正压力，促使 绞车正常牵引，而不致钢丝绳在卷绳筒上打滑。通 过对工作阻力、牵引力及张紧力分析，在机头主张 紧系统中重锤设计为 ４ 组 ５ 轮张紧方式；该装置 提供 ２ 种钢丝绳预紧力，分段进行补偿，通过实验 选定其中一组张紧力 ５００ ｋｇ，用来及时吸收近处 的余绳给绞车提供预紧力。另一组采用动滑轮组 增大一倍的张紧力也就是 １ ０００ ｋｇ，用来吸收里 段的余绳。使张紧既可以满足近距离的钢丝绳伸
范围在（１／３￣２／３）L 区间浮动。
初张紧时活塞行程（初张紧状态 F１＝６０ ｋＮ）为
２／３ Ｌ，即 L１＝１ ２００ ｍｍ； 最大负载时（工况负载最大状态为 F２＝１２０ ｋＮ）
活塞行程为 １／３ L，即 L２＝６００ ｍｍ； 当负载变化拉动油缸活塞从初张紧状态到最
大负载状态时油缸内腔体积变化为 ΔV，则有：
由 P０V０＝P１V１ 可计算得出：P０＝１．４３ ＭＰａ
根据以上计算，为满足油缸浮动量的使用要
求，蓄能器初始充气压力为 １．４３ ＭＰａ。
４结论
旗山煤矿在 ９３３０１ 工作面安装期间，使用无 极绳连续牵引车，顺利地拉运支架等大型物料设 备，未出现打滑及松绳现象，杜绝了各类车辆脱 轨、翻车事故的发生，使用效果显著。